EP0156136B1 - High pressure sealing - Google Patents
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- EP0156136B1 EP0156136B1 EP85101404A EP85101404A EP0156136B1 EP 0156136 B1 EP0156136 B1 EP 0156136B1 EP 85101404 A EP85101404 A EP 85101404A EP 85101404 A EP85101404 A EP 85101404A EP 0156136 B1 EP0156136 B1 EP 0156136B1
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- ring
- annular
- groove
- sealing
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/166—Sealings between relatively-moving surfaces with means to prevent the extrusion of the packing
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/56—Other sealings for reciprocating rods
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S277/00—Seal for a joint or juncture
- Y10S277/909—Similar sealing structures for mounting on piston and about rod
Definitions
- the invention relates to a high-pressure seal for an axially displaceable and / or rotatable piston, a piston rod or shaft, with at least one sealing or guide ring made of elastically or plastically deformable material and a support ring which bears against it and which essentially does not exist under the operating conditions deforming hard material.
- Known high-pressure seals of this type have a rigidly mounted support ring made of material which is practically non-deformable under operating conditions and which has a seal made of materials which are elastically or plastically deformable under pressure, such as elastomers, PTFE-impregnated plastic or mineral fiber fabrics and / or compounds or the like in the form of a grooved ring, a roof collar, a square cord, a scraper ring or other supports and chambers.
- a guide ring provided simultaneously with or instead of the seal made of the materials deformable under pressure serves to support the seal and / or to guide plungers, piston rods, pistons or shafts and the like and must also be supported and chambered.
- the support ring is therefore provided rigidly mounted on the side of the seal facing away from the pressure.
- An annular gap remains between the parts moving relative to one another. If this is chosen so large that the parts run against each other and the resulting destruction of the sliding surfaces is avoided, the deformable seal or the guide ring is extruded into the annular gap under the operating pressure and, depending on the operating conditions, the seal is destroyed faster or slower. If, on the other hand, the annular gap is chosen to be so small that it is not possible to extrude the deformable seal or the guide ring into the annular gap, the inevitable radial path deviations lead to the tarnishing of the parts which are moved relative to one another and to one another and to the destruction of the sliding surfaces.
- the object of the invention is now to provide an inexpensive high-pressure seal of the type mentioned, which has an extended wear-free life.
- the device of the type mentioned is equipped according to the invention with the features specified in the characterizing part of claim 1.
- the support ring is mounted in an annular groove of the sealing or guide ring and can be displaced radially elastically under its limited deformation.
- the annular gap between the support ring and the part moving relative to it can be chosen so small that extrusion of the sealing or guide ring into the annular gap is excluded.
- the sliding surfaces of the support ring and piston, piston rod or shaft cannot be destroyed by lateral running, since the support ring is not rigidly mounted and can move radially.
- the support ring can be carried out with a slight radial play relative to the ring web of the sealing or guide ring, so that misalignments caused by production and installation between the support ring and piston, piston rod or shaft are compensated for before the support ring is enclosed by the ring web of the sealing or guide ring under operating pressure .
- the invention further relates to a sealing or guide ring made of deformable material under pressure for a high-pressure seal according to claim 1 with the features mentioned in claim 5.
- the high-pressure seal for a plunger 6 shown in axial section in FIGS. 1, 1a and 1b comprises a guide ring 2 which, at its end cooperating with the support ring 1, has an annular groove 2a with an essentially radial annular step surface 2b, which is open towards this and towards the annular gap 3 to be sealed and has an axially projecting annular web 2c delimiting it on the side facing away from the annular gap 5.
- the guide ring 2 consists of filled PTFE.
- the support ring 1 lies in the annular groove 2a Sintered metal (DEVA metal) against their ring step surface 2b. Its circumferential surface 1 facing the annular gap 3 is somewhat recessed relative to the circumferential surface 2d of the guide ring 2, which is more distant from the annular web 2c, with a coaxial alignment.
- DEVA metal Sintered metal
- the circumferential surface 2b 'of the ring web 2c facing the annular gap 3 corresponds in diameter to the circumferential surface 1b of the support ring 1 (FIG. 1a) facing away from the annular gap 3, but it can also be larger by a predetermined small distance before installation (radial clearance 4 in FIG. 1b), but then rests against them in the operating state with elastic and / or plastic deformation.
- the support ring 1 is mounted so as to be radially elastically displaceable with limited deformation of the ring web 2c.
- the guide ring 2 has in its axial end face facing away from the annular groove 2a an essentially V-shaped groove in cross section for receiving a roof collar seal 7.
- the high-pressure seal constructed in this way is received in a plunger bushing 5 and seals against the plunger 6 which can be displaced therein.
- a pressure ring 18 surrounding the plunger 6 is urged by a spring device 17 in the direction of the high-pressure seal and presses it against a seat 23 of the plunger bushing 5 which protrudes radially inwards and which protrudes radially towards the plunger 6 to such an extent that the pressure-facing side surface of the support ring 1 on it z. T. is present.
- annular maintenance chamber 8 which is provided with a feed channel 12 and a discharge channel 13 in the form of radial bores for lubricating and / or cooling the plunger 6.
- a second high-pressure seal which comprises a maintenance chamber seal 9 formed from roof seals, a guide ring 14 and a support ring 15 and is preloaded against the seat 23 by a holding element 16 which can be fixed in the plunger bushing 5.
- Guide ring 14 or support ring 15 correspond to the guide ring 2 or support ring 1 already described, both high-pressure seals point in the same direction.
- the plunger 6 is connected via a coupling 10 to the crosshead of a conventional crank drive (not shown) and in one through the high pressure seal. closed delivery chamber 11 reciprocally displaceable. During the delivery stroke (movement to the left in FIG. 1), the plunger 6 generates a delivery pressure in the delivery chamber 11, which is indicated by the arrow P. Under the effect of this pressure, the high-pressure seal pressed against the seat 23 by the spring device 17 and the pressure ring 18 is further compressed. The cross-sectionally V-shaped groove of the guide ring 2 prevents excessive deformation of the roof boot seal 7.
- the guide ring 2 cannot be extruded even under high pressure through the very small annular gap 3 between the support ring 1 and the plunger 6 and presses the support ring 1 against the Seat 23 of the plunger bushing 5. This pressing prevents the guide ring 2 from being extruded between the support ring 1 and the seat 23; due to the resulting radially inward pressure of the guide ring 2 on the outer circumference of the support ring 1, this is at most minimally radially compressed.
- FIG. 2 A modified high-pressure seal for a plunger 6 is shown in FIG. 2, parts corresponding to FIGS. 1, 1a and 1b not being described and some of which are not shown in the figure.
- a support ring 1 which is essentially the same as that already described, is mounted radially displaceably in a seal ring 19 in the manner also described above.
- the sealing ring 19 has on its axial end face facing away from the annular groove receiving the support ring 1, radial sealing lips which, in relation to the plunger bushing wall or the plunger 6, develop a sealing effect corresponding to the roof seal seal already described.
- sealing ring 19 and support ring 1 are not pressed directly against the seat of the plunger bushing, but instead against a rigid retaining ring 21 made of material which is not deformable under operating conditions and which has such a large radial clearance with respect to the plunger 6 that it does not start on the retaining ring 21 can.
- a guide ring 20 made of elastically and / or plastically deformable material is inserted in the inner circumferential surface of the retaining ring 21 to guide the plunger 6. Since a high-pressure seal comprising the sealing ring 19 and the support ring 1 is arranged on the pressure side of the guide ring 20, it does not have to be secured against deformation under pressure, as in the embodiment described with reference to FIG. 1.
- a sealing ring 22 with radial sealing lips and a supporting ring supporting it are provided, which are prestressed by a holding element against a holding ring supported on the seat with a guide ring embedded in its inner peripheral surface.
- FIG. 3 shows a piston 100 which is reciprocally displaceable in a cylinder 105 by a piston rod 106 and which is sealed against the inner wall of the cylinder 105, along which it slides, by a high-pressure seal according to the invention.
- the high-pressure seal comprises a support ring 101 which is arranged in an annular groove 102a (cf. FIG. 3a) of a piston guide ring 102.
- the annular groove 102a is open toward the end of the piston guide ring 102 which cooperates with the support ring 101 and towards the annular gap 103 to be sealed and has an essentially radial annular step surface 102b and an axially projecting annular web 102c delimiting it on the side facing away from the annular gap 103.
- the circumferential surface 101a of the support ring 101 facing the annular gap 103 also recedes somewhat in relation to the circumferential surface 102d of the guide ring 102 distant from the ring web 102c in the case of coaxial alignment.
- the circumferential surface 102b 'of the ring web 102c facing the annular gap 103 corresponds in diameter to the circumferential surface 101b of the support ring 101 facing away from the annular gap 103 or is a predetermined small distance, namely around the radial clearance 104, before it is installed. larger, but is in any case in the operating state, possibly with elastic and / or plastic deformation against the peripheral surface 101b of the support ring.
- the support ring 101 which rests in the annular groove 102a against its annular step surface 102b, 102b ', is mounted so as to be radially elastically displaceable with limited deformation of the annular web 102c.
- the materials used for the piston guide ring 102 and the support ring 101 correspond to the materials already specified in the aforementioned embodiments.
- the piston guide ring 102 In its axial end face facing away from the ring groove 102a, the piston guide ring 102 has a groove which is essentially V-shaped in cross section for receiving a roof boot seal 107.
- the piston 100 comprises two piston segments 108, 109 arranged on the end section of the piston rod 106, which are fixed to the piston rod 106 by a fastening element 113 and thereby fix an intermediate ring 112 between them in a clamped fit.
- the outer diameter of the piston segments 108, 109 and the intermediate ring 112 are dimensioned so much smaller than the inner diameter of the cylinder 105 that the piston segments 108, 109 and the intermediate ring 112 do not match the inner surface of the cylinder 105 in operation even with the small radial deflections of the piston during operation Can come into contact.
- a high-pressure seal is arranged between each piston segment 108 or 109 and the intermediate ring 112 such that the support ring 101 bears against the intermediate ring 112 and the high-pressure seals when the fastening element 113 is tightened by moving the piston segments 108, 109 towards one another from opposite sides against the intermediate ring 112 pressed and slightly compressed and preloaded.
- the high-pressure seals point in opposite directions.
- the piston rod 106 is either coupled to a crosshead of a conventional crank drive via a coupling 110 or is used for axial power transmission.
- the reciprocal movement of the piston 100 and the corresponding change in volume of the cylinder chambers 111 and 123, respectively, result in a pressure P on the z. B. generated liquids to be conveyed; in the second case z. B. by introducing a hydraulic medium into the cylinder chambers 111 and 123, a pressure is exerted on the piston 100, which is transmitted by means of the piston rod 106 to a device to be actuated.
- FIG. 4 shows a modified high-pressure seal of the type already described with reference to FIG. 3, in which a deformable piston guide ring 120 is embedded in the outer peripheral surface of the intermediate ring.
- sealing rings 119 and support rings 101 arranged in their annular groove are provided between the piston segments.
- the sealing rings 119 have radial sealing lips that function as the roof boot seals 107 in FIG. 3 fulfill. Since the operating pressure P does not occur in the space enclosed by the intermediate ring, the inner wall of the cylinder and the support rings 101, the piston guide ring 120 need not have any special support, but can simply be embedded in the outer circumferential surface of the intermediate ring.
- the functions of the piston in FIG. 4 otherwise correspond entirely to those of the piston 100 in FIG. 3.
- the roof boot seal consisted of four PTFE-impregnated asbestos fabric sleeves, the plunger piston had a running surface with a chrome carbide layer MK22 applied by means of the melting process.
- a rigidly mounted support ring made of AB 4 S bronze was used, in which a band made of filled PTFE (compound no. 10 from Busak & Luyken) was embedded as a guide ring.
- a support ring made of sintered metal with emergency running properties (DEVA metal) was used for the high-pressure seal according to the invention; the guide ring consisted, as in the known seal, of filled PTFE (compound No. 10 from Busak & Luyken).
- the running time to leakage was approximately 50 hours in the known high-pressure seal.
- the leak was due to the support ring worn by radially tarnished pistons and the collapsed roof seals.
- the high-pressure seal according to the invention still ran after 240 hours with flawless roof seals and undamaged guide ring; the experiment was stopped after this period.
- the support ring After 240 hours, the support ring showed slight traces of spotting evenly distributed over the entire inner circumferential surface, which are probably due to the fact that the support ring was radially compressed during the pressure stroke and calibrated by the harder plunger surface. This assumption is supported by the fact that the inner diameter of the support ring has been increased by approximately 0.01 mm.
- the support ring made of metal with emergency running properties and a plunger with a much harder surface
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckdichtung für einen axial verschiebbaren und/oder verdrehbaren Kolben, eine Kolbenstange oder Welle, mit mindestens einem Dichtungs- oder Führungsring aus unter Druck elastisch oder plastisch verformbarem Material und einem an diesem anliegenden Stützring der aus sich unter den Betriebsbedingungen im wesentlichen nicht verformendem Hartmaterial besteht.The invention relates to a high-pressure seal for an axially displaceable and / or rotatable piston, a piston rod or shaft, with at least one sealing or guide ring made of elastically or plastically deformable material and a support ring which bears against it and which essentially does not exist under the operating conditions deforming hard material.
Bekannte Hochdruckdichtungen dieser Art (DE-B-2 227 042) weisen einen starr gelagerten Stützring aus unter Betriebsbedingungen praktisch nicht verformbarem Material auf, der eine Dichtung aus unter Druck elastisch oder plastisch verformbaren Werkstoffen wie Elastomeren, PTFE-getränkten Kunststoff- oder Mineralfasergeweben und/oder-compounds oder ähnlichem in Form eines Nutringes, einer Dachmanschette, einer Vierkantschnur, eines Abstreifringes oder anderem abstützt und kammert. Ein gleichzeitig mit oder anstelle der Dichtung vorgesehener Führungsring aus den genannten unter Druck verformbaren Werkstoffen dient zur Abstützung der Dichtung und/oder zur Führung von Plungerkolben, Kolbenstangen, Kolben oder Wellen und dergleichen und muß ebenfalls abgestützt und gekammert werden. Der Stützring wird daher auf der druckabgewandten Seite der Dichtung starr gelagert vorgesehen. Zwischen den relativ zueinander bewegten Teilen verbleibt ein Ringspalt. Wird dieser so groß gewählt, daß seitliches Anlaufen der Teile gegeneinander und die daraus resultierende Zerstörung der Gleitflächen vermieden wird, wird die verformbare Dichtung bzw. der Führungsring unter dem Betriebsdruck in den Ringspalt extrudiert und die Dichtung, je nach Betriebsbedingungen schneller oder langsamer, zerstört. Wird andererseits der Ringspalt so klein gewählt, daß ein Extrudieren der verformbaren Dichtung bzw. des Führungsringes in den Ringspalt nicht möglich ist, kommt es durch die unvermeidlichen radialen Bahnabweichungen zum Anlaufen der relativ zueinander bewegten, gegeneinander abzudichtenden Teile und zur Zerstörung der Gleitflächen.Known high-pressure seals of this type (DE-B-2 227 042) have a rigidly mounted support ring made of material which is practically non-deformable under operating conditions and which has a seal made of materials which are elastically or plastically deformable under pressure, such as elastomers, PTFE-impregnated plastic or mineral fiber fabrics and / or compounds or the like in the form of a grooved ring, a roof collar, a square cord, a scraper ring or other supports and chambers. A guide ring provided simultaneously with or instead of the seal made of the materials deformable under pressure serves to support the seal and / or to guide plungers, piston rods, pistons or shafts and the like and must also be supported and chambered. The support ring is therefore provided rigidly mounted on the side of the seal facing away from the pressure. An annular gap remains between the parts moving relative to one another. If this is chosen so large that the parts run against each other and the resulting destruction of the sliding surfaces is avoided, the deformable seal or the guide ring is extruded into the annular gap under the operating pressure and, depending on the operating conditions, the seal is destroyed faster or slower. If, on the other hand, the annular gap is chosen to be so small that it is not possible to extrude the deformable seal or the guide ring into the annular gap, the inevitable radial path deviations lead to the tarnishing of the parts which are moved relative to one another and to one another and to the destruction of the sliding surfaces.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine unaufwendige Hochdruckdichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine verlängerte verschleißfreie Lebensdauer aufweist.The object of the invention is now to provide an inexpensive high-pressure seal of the type mentioned, which has an extended wear-free life.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen ausgestattet.To achieve this object, the device of the type mentioned is equipped according to the invention with the features specified in the characterizing part of
Der Stützring ist erfindungsgemäß in einer Ringnut des Dichtungs- oder Führungsringes gelagert und unter dessen begrenzter Verformung radial elastisch verschiebbar. Der Ringspalt zwischen dem Stützring und dem diesem gegenüber bewegten Teil kann dadurch so klein gewählt werden, daß ein Extrudieren des Dichtungs- oder Führungsringes in den Ringspalt ausgeschlossen wird. Andererseits ist eine Zerstörung der Gleitflächen von Stützring und Kolben, Kolbenstange oder Welle durch seitliches Anlaufen ausgeschlossen, da der Stützring nicht starr gelagert ist und radial ausweichen kann. Bei geeigneten Werkstoffkombinationen von Dichtungs- oder Führungsring, Stützring- und Oberfläche des relativ zu diesem bewegten Teils kommt es durch geringfügige konzentrische radiale Verformung des Stützringes unter Hochdruck im Betrieb zu einer Kalibrierung des Stützringes durch die mit diesem zusammenwirkende Gleitfläche, so daß der Ringspalt praktisch verschwindet.According to the invention, the support ring is mounted in an annular groove of the sealing or guide ring and can be displaced radially elastically under its limited deformation. The annular gap between the support ring and the part moving relative to it can be chosen so small that extrusion of the sealing or guide ring into the annular gap is excluded. On the other hand, the sliding surfaces of the support ring and piston, piston rod or shaft cannot be destroyed by lateral running, since the support ring is not rigidly mounted and can move radially. With suitable material combinations of sealing or guide ring, support ring surface and surface of the part moved relative to this, slight concentric radial deformation of the support ring under high pressure results in calibration of the support ring during operation by means of the interacting sliding surface, so that the annular gap practically disappears .
Der Stützring kann mit einem geringen Radialspiel gegenüber dem Ringsteg des Dichtungs- oder Führungsringes ausgeführt werden, so daß fertigungs- und einbaubedingte Fluchtungsfehler zwischen Stützring und Kolben, Kolbenstange oder Welle ausgeglichen werden, ehe der Stützring unter Betriebsdruck vom Ringsteg des Dichtungs- oder Führungsrings umschlossen wird.The support ring can be carried out with a slight radial play relative to the ring web of the sealing or guide ring, so that misalignments caused by production and installation between the support ring and piston, piston rod or shaft are compensated for before the support ring is enclosed by the ring web of the sealing or guide ring under operating pressure .
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Dichtungs- oder Führungsring aus unter Druck verformbarem Material für eine Hochdruckdichtung nach Anspruch 1 mit den im Anspruch 5 genannten Merkmalen.The invention further relates to a sealing or guide ring made of deformable material under pressure for a high-pressure seal according to
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Hochdruckdichtung an Hand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert.In the following preferred embodiments of the high pressure seal are further explained with reference to the attached drawings.
Es zeigen:
- Fig. 1 eine längsgeschnittene Hochdruckdichtung für einen Plungerkolben;
- Fig. 1a und 1b Vergrößerungen des in Fig. 1 eingekreisten Bereichs;
- Fig. 2 eine längsgeschnittene abgewandelte Hochdruckdichtung für einen Plungerkolben;
- Fig. 3 eine längsgeschnittene Hochdruckdichtung für einen Kolben
- Fig. 3a und 3b Vergrößerungen des in Fig. 3 eingekreisten Bereichs und
- Fig. 4 eine längsgeschnittene abgewandelte Hochdruckdichtung für einen Kolben.
- Figure 1 is a longitudinally cut high pressure seal for a plunger.
- 1a and 1b enlargements of the area encircled in Fig. 1;
- Figure 2 is a longitudinally cut modified high pressure seal for a plunger.
- Fig. 3 is a longitudinally cut high pressure seal for a piston
- 3a and 3b enlargements of the area encircled in FIG. 3 and
- Fig. 4 is a longitudinally cut modified high pressure seal for a piston.
Die in Fig. 1, 1a und 1b im Axialschnitt gezeigte Hochdruckdichtung für einen Plungerkolben 6 umfaßt einen Führungsring 2, der an seinem mit dem Stützring 1 zusammenwirkenden Ende eine zu diesem und zum abzudichtenden Ringspalt 3 hin offene Ringnut 2a mit einer im wesentlichen radialen Ringstufenfläche 2b und einem diese auf der vom Ringspalt 5 abgewandten Seite begrenzenden, axial vorstehenden Ringsteg 2c aufweist.The high-pressure seal for a
Der Führungsring 2 besteht aus gefülltem PTFE. In der Ringnut 2a liegt der Stützring 1 aus Sintermetall (DEVA-Metall) gegen deren Ringstufenfläche 2b an. Seine dem Ringspalt 3 zugewandte Umfangsfläche 1 tritt relativ zu der vom Ringsteg 2c entfernteren Umfangsfläche 2d des Führungsringes 2 bei koaxialer Ausrichtung etwas zurück.The
Die dem Ringspalt 3 zugewandte Umfangsfläche 2b' des Ringsteges 2c entspricht im Durchmesser der vom Ringspalt 3 abgewandten Umfangsfläche 1b des Stützringes 1 (Fig. 1a), sie kann aber auch vor dem Einbau um eine vorbestimmte geringe Strecke größer sein (Radialspiel 4 in Fig. 1b), liegt dann jedoch im Betriebszustand unter elastischer und/oder plastischer Verformung gegen diese an. Der Stützring 1 ist so unter begrenzter Verformung des Ringsteges 2c radial elastisch verschiebbar gelagert.The
Der Führungsring 2 weist in seiner von der Ringnut 2a abgewandten axialen Stirnfläche eine im Querschnitt im wesentlichen V-förmige Nut zur Aufnahme einer Dachmanschettendichtung 7 auf.The
Die so aufgebaute Hochdruckdichtung ist in einer Plungerbuchse 5 aufgenommen und dichtet gegen den in ihr verschiebbaren Plungerkolben 6 ab. Ein den Plungerkolben 6 umgebender Andruckring 18 wird durch eine Federvorrichtung 17 in Richtung auf die Hochdruckdichtung gedrängt und preßt diese gegen einen radial einwärts vortretenden Sitz 23 der Plungerbuchse 5, der radial so weit in Richtung zum Plungerkolben 6 vortritt, daß die druckabgewandte Seitenfläche des Stützringes 1 daran z. T. anliegt. Zwischen dem Sitz 23 und dem Plungerkolben 6 liegt eine ringförmige Wartungskammer 8, die zum Schmieren und/oder Kühlen des Plungerkolbens 6 mit einem Zuführkanal 12 und einem Abführkanal 13 in Form radialer Bohrungen versehen ist. Auf der druckabgewandten Seite des Sitzes 23 ist eine zweite Hochdruckdichtung vorgesehen, die eine aus Dachmanschetten gebildete Wartungskammerdichtung 9, einen Führungsring 14 und einen Stützring 15 umfaßt und durch ein in der Plungerbuchse 5 festlegbares Halterungselement 16 gegen den Sitz 23 vorgespannt wird. Führungsring 14 bzw. Stützring 15 entsprechen dem bereits beschriebenen Führungsring 2 bzw. Stützring 1, beide Hochdruckdichtungen weisen in die selbe Richtung.The high-pressure seal constructed in this way is received in a plunger bushing 5 and seals against the
Der Plungerkolben 6 ist über eine Kupplung 10 mit dem Kreuzkopf eines herkömmlichen Kurbeltriebes (nicht dargestellt) verbunden und in einer durch die Hochdruckdichtung. abgeschlossenen Förderkammer 11 reziprozierend verschiebbar. Beim Förderhub (Bewegung nach links in Fig. 1) erzeugt der Plungerkolben 6 in der Förderkammer 11 einen Förderdruck, der durch den Pfeil P angedeutet ist. Unter der Wirkung dieses Druckes wird die von der Federvorrichtung 17 und dem Andruckring 18 gegen den Sitz 23 gedrängte Hochdruckdichtung weiter komprimiert. Die im Querschnitt V-förmige Nut des Führungsringes 2 verhindert eine übermäßige Verformung der Dachmanschettendichtung 7. Der Führungsring 2 kann auch unter Hochdruck nicht durch den nur sehr kleinen Ringspalt 3 zwischen dem Stützring 1 und dem Plungerkolben 6 extrudiert werden und preßt den Stützring 1 gegen den Sitz 23 der Plungerbuchse 5. Durch dieses Anpressen wird ein Extrudieren des Führungsringes 2 zwischen dem Stützring 1 und dem Sitz 23 hindurch ausgeschlossen; durch den entstehenden radial einwärts gerichteten Druck des Führungsringes 2 auf den Außenumfang des Stützringes 1 wird dieser allenfalls minimal radial komprimiert. Dabei kommt es jedoch nicht zu Anlaufbeschädigungen der Oberfläche des Plungerkolbens 6 oder der Innenumfangsfläche des Stützringes 1, da der Stützring 1 unter Verformung des Führungsringes 2 radial ausweichen kann und die zulässigen Flächenpressungswerte selbst bei Berührung der Gleitflächen nicht überschritten werden.The
Eine abgewandelte Hochdruckdichtung für einen Plungerkolben 6 ist in Fig. 2 gezeigt, wobei mit den Fig. 1, 1a und 1b übereinstimmende Teile nicht beschrieben werden und zum Teil in der Figur nicht bezeichnet sind. Bei dieser abgewandelten Hochdruckdichtung ist ein dem bereits beschriebenen im wesentlichen entsprechender Stützring 1 in einem Dichtungsring 19 in der ebenfalls bereits beschriebenen Weise radial verschiebbar gelagert. Der Dichtungsring 19 weist an seiner von der den Stützring 1 aufnehmenden Ringnut abgewandten axialen Stirnfläche 2 radiale Dichtlippen auf, die gegenüber der Plungerbuchsenwandung bzw. dem Plungerkolben 6 eine der bereits beschriebenen Dachmanschettendichtung entsprechende Dichtwirkung entfalten. Dichtungsring 19 und Stützring 1 werden bei dieser Ausführungsform nicht direkt gegen den Sitz der Plungerbuchse, sondern stattdessen gegen einen starren Haltering 21 aus unter Betriebsbedingungen nicht verformbarem Material gepreßt, der gegenüber dem Plungerkolben 6 ein so großes Radialspiel aufweist, daß dieser am Haltering 21 nicht anlaufen kann. Ein Führungsring 20 aus elastisch und/oder plastisch verformbarem Material ist zur Führung des Plungerkolbens 6 in der Innenumfangsfläche des Halteringes 21 eingelassen. Da eine Hochdruckdichtung aus Dichtungsring 19 und Stützring 1 druckseitig von dem Führungsring 20 angeordnet ist, muß dieser nicht, wie bei der an Hand der Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform, gegen Deformation unter Druck gesichert werden. Auf der druckabgewandten Seite des Sitzes sind, wiederum analog der Anordnung in Fig. 1, ein Dichtungsring 22 mit radialen Dichtlippen und ein diesen abstützender Stützring vorgesehen, die durch ein Halterungselement gegen einen sich am Sitz abstützenden Haltering mit in dessen Innenumfangsfläche eingelassenem Führungsring vorgespannt sind.A modified high-pressure seal for a
Während die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele Hochdruckdichtungen betreffen, die ein in ihnen bewegliches Teil dichtend umschließen, wobei die Hochdruckdichtung an einem selbst nicht bewegten Gehäuseteil angeordnet ist, kann sie stattdessen auch an dem bewegten Teil selbst angeordnet sein, wie die im folgenden an Hand der Fig. 3 und 4 beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen.While the exemplary embodiments described so far relate to high-pressure seals which sealingly enclose a part which is movable in them, the high-pressure seal being arranged on a housing part which is not itself moving, it can instead also be arranged on the moving part itself, as is the case below with reference to FIG. 3 and 4 show the exemplary embodiments described.
Fig. 3 zeigt einen in einem Zylinder 105 durch eine Kolbenstange 106 reziprozierend verschiebbaren Kolben 100, der gegen die Innenwand des Zylinders 105, an der er entlanggleitet, durch eine erfindungsgemäße Hochdruckdichtung abgedichtet ist. Die Hochdruckdichtung umfaßt einen Stützring 101, der in einer Ringnut 102a (vgl. Fig. 3a) eines Kolbenführungsringes 102 angeordnet ist. Die Ringnut 102a ist zum mit dem Stützring 101 zusammenwirkenden Ende des Kolbenführungsringes 102 sowie zum abzudichtenden Ringspalt 103 hin offen und weist eine im wesentlichen radiale Ringstufenfläche 102b und einen diese auf der von Ringspalt 103 abgewandten Seite begrenzenden, axial vorstehenden Ringsteg 102c auf. Wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen tritt auch hier die dem Ringspalt 103 zugewandte Umfangsfläche 101a des Stützringes 101 relativ zu der vom Ringsteg 102c entfernten Umfangsfläche 102d des Führungsringes 102 bei koaxialer Ausrichtung etwas zurück. Wie die Fig. 3a und 3b zeigen, entspricht die dem Ringspalt 103 zugewandte Umfangsfläche 102b' des Ringsteges 102c im Durchmesser der vom Ringspalt 103 abgewandten Umfangsfläche 101b des Stützringes 101 oder ist vor dessen Einbau um eine vorbestimmte geringe Strecke, nämlich um das Radialspiel 104, größer, liegt jedoch in jedem Fall im Betriebszustand, gegebenenfalls unter elastischer und/oder plastischer Verformung gegen die Umfangsfläche 101b des Stützringes an. Auch bei dieser Ausführungsform ist der in der Ringnut 102a gegen deren Ringstufenfläche 102b, 102b' anliegende Stützring 101 unter begrenzter Verformung des Ringsteges 102c radial elastisch verschiebbar gelagert. Die für den Kolbenführungsring 102 und den Stützring 101 verwendeten Materialien entsprechen den bereits bei den vorgenannten Ausführungsformen angegebenen Werkstoffen.3 shows a
Der Kolbenführungsring 102 weist in seiner von der Ringnut 102a abgewandten axialen Stirnfläche eine im Querschnitt im wesentlichen V-förmige Nut zur Aufnahme einer Dachmanschettendichtung 107 auf.In its axial end face facing away from the
Der Kolben 100 umfaßt zwei auf dem Endabschnitt der Kolbenstange 106 angeordnete Kolbensegmente 108, 109, die durch ein Befestigungselement 113 an der Kolbenstange 106 festgelegt sind und dabei zwischen sich einen Zwischenring 112 im Klemmsitz festlegen. Die Außendurchmesser der Kolbensegmente 108, 109 und des Zwischenringes 112 sind soviel kleiner bemessen als der Innendurchmesser des Zylinders 105, daß die Kolbensegmente 108, 109 und der Zwischenring 112 auch bei den kleinen radialen Auslenkungen des Kolbens im Betrieb nicht mit der Innenfläche des Zylinders 105 in Berührung kommen können.The
Zwischen einem jeden Kolbensegment 108 bzw. 109 und dem Zwischenring 112 ist eine Hochdruckdichtung so angeordnet, daß der Stützring 101 am Zwischenring 112 anliegt und die Hochdruckdichtungen beim Anziehen des Befestigungselementes 113 durch Bewegung der Kolbensegmente 108, 109 aufeinanderzu von entgegengesetzten Seiten her gegen den Zwischenring 112 gepreßt und dabei leicht komprimiert und vorgespannt werden. Die Hochdruckdichtungen weisen dabei in entgegengesetzte Richtungen.A high-pressure seal is arranged between each
Die Kolbenstange 106 ist über eine Kupplung 110 entweder mit einem Kreuzkopf eines herkömmlichen Kurbeltriebes gekoppelt oder wird zur axialen Kraftübertragung benutzt. Im ersten Fall wird durch die reziprozierende Bewegung des Kolbens 100 und die entsprechende Volumenänderung der Zylinderkammern 111 bzw. 123 ein Druck P auf die darin befindlichen, z. B. zu fördernden Flüssigkeiten erzeugt; im zweiten Fall wird z. B. durch Einführen eines Hydraulikmediums in die Zylinderkammern 111 bzw. 123 ein Druck auf den Kolben 100 ausgeübt, der mittels der Kolbenstange 106 auf eine zu betätigende Vorrichtung übertragen wird.The
Unter dem Betriebsdruck in den Zylinderkammern 111 bzw. 123, der über die Dachmanschettendichtung 107 auf den Kolbenführungsring 102 und den Stützring 101 einwirkt, verformt sich der Kolbenführungsring 102 und bettet den Stützring 101 radial verschiebbar ein. Ein Extrudieren des Kolbenführungsringes 102 in den Raum zwischen der Innenwand des Zylinders 105 und dem Zwischenring 112 ist wegen der starken Pressung des Stützringes 101 gegen diesen sowie wegen des nur minimalen Ringspaltes 103 ausgeschlossen. Fertigungs- und einbaubedingte Fluchtungsfehler zwischen der Innenwand des Zylinders 105 und dem Stützring 101 werden durch radiale Verschiebung des Stützringes 101 ausgeglichen, die besonders dann erleichtert ist, wenn wie in Fig. 3b ein Radialspiel 104 zwischen dem Ringsteg 102c des Kolbenführungsringes 102 und dem Stützring 101 vorgesehen ist.Under the operating pressure in the
Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Hochdruckdichtung der bereits an Hand der Fig. 3 beschriebenen Art, bei der ein verformbarer Kolbenführungsring 120 in die Außenumfangsfläche des Zwischenringes eingelassen ist. Zwischen den Kolbensegmenten sind, analog der Ausführungsform in Fig. 3, Dichtungsringe 119 und in deren Ringnut angeordnete Stützringe 101 vorgesehen. Die Dichtungsringe 119 weisen radiale Dichtlippen auf, die die Funktion der Dachmanschettendichtungen 107 in Fig. 3 erfüllen. Da in dem vom Zwischenring, der Innenwand des Zylinders und den Stützringen 101 eingeschlossenen Raum der Betriebsdruck P nicht auftritt, muß der Kolbenführungsring 120 keine besondere Abstützung aufweisen, sondern kann einfach in die Außenumfangsfläche des Zwischenringes eingelassen sein. Die Funktionen des Kolbens in Fig. 4 entspricht ansonsten ganz der des Kolbens 100 in Fig. 3.FIG. 4 shows a modified high-pressure seal of the type already described with reference to FIG. 3, in which a deformable
Mit einer Plungerkolbenpumpe ähnlich der an Hand von Fig. 1 beschriebenen Art wurden Vergleichsversuche durchgeführt, bei denen zum einen eine Hochdruckdichtung der eingangs genannten bekannten Art, andererseits eine erfindungsgemäße Hochdruckdichtung verwendet wurden.Comparative tests were carried out with a plunger pump similar to the type described with reference to FIG. 1, in which a high-pressure seal of the known type mentioned at the beginning and a high-pressure seal according to the invention were used.
Die Dachmanschettendichtung bestand bei beiden Versuchen aus vier PTFE-getränkten Asbest-Gewebemanschetten, der Plungerkolben wies eine Lauffläche mit einer im Schmelzverfahren aufgebrachten Chromkarbid-Schicht MK22 auf. Für die Hochdruckdichtung der bekannten Art wurde ein starr gelagerter Stützring aus AB 4 S-Bronze verwendet, in den als Führungsring ein Band aus gefülltem PTFE (Compound Nr. 10 der Firma Busak & Luyken) eingelagert war. Für die erfindungsgemäße Hochdruckdichtung wurde ein Stützring aus Sintermetall mit Notlaufeigenschaften (DEVA-Metall) verwendet; der Führungsring bestand, wie bei der bekannten Dichtung, aus gefülltem PTFE (compound Nr. 10 der Firma Busak & Luyken).In both tests, the roof boot seal consisted of four PTFE-impregnated asbestos fabric sleeves, the plunger piston had a running surface with a chrome carbide layer MK22 applied by means of the melting process. For the high-pressure seal of the known type, a rigidly mounted support ring made of AB 4 S bronze was used, in which a band made of filled PTFE (compound no. 10 from Busak & Luyken) was embedded as a guide ring. A support ring made of sintered metal with emergency running properties (DEVA metal) was used for the high-pressure seal according to the invention; the guide ring consisted, as in the known seal, of filled PTFE (compound No. 10 from Busak & Luyken).
Die Laufzeit bis zur Leckage betrug bei der bekannten Hochdruckdichtung etwa 50 Stunden. Die Leckage war zurückzuführen auf durch radial angelaufenen Kolben verschlissenen Stützring und daraufhin zusammengebrochene Dachmanschetten.The running time to leakage was approximately 50 hours in the known high-pressure seal. The leak was due to the support ring worn by radially tarnished pistons and the collapsed roof seals.
Die erfindungsgemäße Hochdruckdichtung lief nach 240 Stunden immer noch mit einwandfreien Dachmanschetten und unbeschädigtem Führungsring; der Versuch wurde nach dieser Laufdauer abgebrochen.The high-pressure seal according to the invention still ran after 240 hours with flawless roof seals and undamaged guide ring; the experiment was stopped after this period.
Der Stützring zeigte nach 240 Stunden leichte, auf der gesamten Innenumfangsfläche gleichmäßig verteilte Tuschierspuren, die wahrscheinlich darauf zurückzuführen sind, daß der Stützring während des Druckhubes radial komprimiert und durch die härtere Plungerkolben-Oberfläche kalibriert worden ist. Diese Annahme wird dadurch gestützt, daß der Innendurchmesser des Stützringes um etwa 0,01 mm vergrößert wurde.After 240 hours, the support ring showed slight traces of spotting evenly distributed over the entire inner circumferential surface, which are probably due to the fact that the support ring was radially compressed during the pressure stroke and calibrated by the harder plunger surface. This assumption is supported by the fact that the inner diameter of the support ring has been increased by approximately 0.01 mm.
Neben der hier beschriebenen vorteilhaften Kombination eines Stützringes aus Metall mit Notlaufeigenschaften und eines Plungerkolbens mit demgegenüber sehr viel härterer Oberfläche ist es natürlich ebenfalls möglich, den Stützring aus Werkstoffen zu fertigen, die so hart wie oder härter als die Plungerkolben-Oberfläche sind oder deren Innenumfangsfläche zumindest eine entsprechend harte Schicht aufweist.In addition to the advantageous combination of a support ring made of metal with emergency running properties and a plunger with a much harder surface, it is of course also possible to manufacture the support ring from materials that are as hard as or harder than the plunger surface or at least the inner circumferential surface has a correspondingly hard layer.
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